简明大学物理实验教程 课件 ch9 怎么做怎么做得更好

第九章怎么做，怎么做得更好物理学-实验-高等学校-教材简明大学物理实验教程01物理学与人类文明的关系PARTONE大学物理实验课程的作用主要是培养学生的基本科学实验技能，提高学生的科学实验基本素质，使学生初步掌握实验科学的思想和方法，培养学生的科学思维和创新意识，使学生掌握实验研究的基本方法，提高学生的分析能力和创新能力。按照大学物理实验课程教学基本要求，物理实验课程教学内容应该包含测量误差、数据处理、基本物理量的测量、常用的物理实验方法、常用实验仪器和常用实验操作技术六个方面。一、大学物理实验课程的教学目标二、大学物理实验项目的学习要点一个实验题目应能反映实验的重点内容，涉及物理实验基本要求中的基本物理量测量的内容。1实验题目教师在教学时应将实验项目的历史背景和现代应用加以介绍，然后再讲授教学目的，这样会大大激发学生的学习兴趣从而提高学习效果。学生在预习实验、撰写报告时，要用心地挖掘实验项目的历史与应用，实现实验教学的目标。2实验目的二、大学物理实验项目的学习要点3实验原理和方法实验原理和方法包括两个层面：一是理论原理（科学)，二是实验方法(技术)。理论原理是指该实验所依据的物理概念、规律等相关物理原理。物理实验是人为创造在相对理想的实验环境下进行物理量的测量的过程，需要借助一定的实验方法和手段才能最终实现。这些实验方法往往具有普适性，它们不仅只适用于某个实验，而且可以推广应用于类似的其他实验中。如果教学中能强调实验方法的重要性，并将这些不同的实验方法用于实验的创新和拓展，将有利于提高实验教学的水平。二、大学物理实验项目的学习要点4实验数据处理如果测量的数据没有被合理地解读，整个实验就变得毫无意义，因此实验数据处理是评估整个实验结果不可或缺的重要一环。数据处理包括计算待测的物理量、测量结果的误差或不确定度分析、图示所测不同物理量的数学关系等。每个实验根据实验原理、方法和目的的不同，可以采用不同的数据处理方法。通过最终的数据处理，才可以对实验结果有个基本的判断，并分析产生这些判断的依据是什么，从而引发思考，形成对整个实验的完整认识。经过大学物理实验课程的学习，既完成了多个预习的仿真实验，又做过了若干个实验项目。那么实验学习的成效到底怎样?达到了应用的水平了吗?要检验学习的迁移能力和应用能力，最好是在学科竞赛、开放性实验项目、独立完成课程的设计性实验等活动中进行评价。学科竞赛需要参赛选手根据竞赛的题目，自主确定实验方案和独立自主地开展实验，以实验的结果支撑竞赛题目的分析和问题的解决。通过竞赛活动能够将在教学过程中学到的知识综合起来，在调动这些显性知识的过程中，也极大地激发那些隐性知识，构成一个在活动中发挥最佳效能的整体。所谓最佳方案，指的是在现有条件下最充分地利用仪器装置以力求得到最好的实验结果。具体来说，就是根据研究对象及实验项目的要求，选定合适的实验原理，按照实验对测量精度的要求（包括仪器要求、量限要求、特性要求、环境要求等)，选定合适的实验方法。三、物理实验最佳方案四、最佳方案选择的一般程序01、根据研究对象（物理量或物理过程)，列出各种可能的实验原理及测量所依据的理论公式，以便选择。02、分析各测量原理及其所依据的测量公式的适用条件、局限性和优缺点。03、根据罗列的实验原理或所依据的测量公式，结合可能提供的实验条件（包括实验仪器设备、实验环境等)，分析各实验原理应用的可行性，并大致估算可能达到的测量精度。04、根据实验要求(如实验对测量精度的要求)，确定实验原理并选定实验方法与仪器，即确定实验的最佳方案。五、设计性实验的特点、任务和要求设计性实验由教师提出课题，根据实验室能够提供的条件，要求学生在规定时间内，通过阅读资料提出实验原理、确定实验方案，选择合适的仪器设备，拟定实验程序和注意事项，调整测试，合理处理实验数据，最后写出完整的实验报告。设计性实验是在学生经过一定基础实验训练后，对学生进行的种介于基础教学与科学研究之间的教学实验，目的是使学生运用所学的实验知识和技能，在实验方法的考虑、测量仪器的选择、测量条件的确定等方面受到系统的训练，它对开拓学生思路、扩展学生知识面、培养学生的科学实验能力具有非常重要的意义。开设设计性实验除了实验室提供必要的物质保证，要求学生在进入设计性实验之前，必须具有比较丰富的实验经验和技能，掌握相当数量的基本仪器的使用和基本测量方法，掌握正确的不确定度的估算和数据处理方法。六、设计性实验的步骤1）选择最佳实验方法一旦实验题目确定下来，首先就涉及如何制定实验方案的问题，即考虑实验依据于哪种原理、采用何种方法、使用哪些仪器等。一般来说，对于一个确定的检测项目，总会有多种方案可供选择。根据设计题目，查阅有关资料，提出多种可能的实验方法，画出必要的原理图，推证有关理论公式，通过分析和比较，选择一种实验上可行、经济上最省或实验室条件允许，又能保证精度要求的最佳实验方案。1实验方法的制定六、设计性实验的步骤在选定实验的最佳方案时，需对实验过程中可能的不确定度的（误差）来源、性质及大小做出初步估算，针对不同性质的不确定度（误差）及其来源，选定实验方案，力求使测量的不确定度（误差）最小。A类不确定度分量的主要来源：观测者感官灵敏度的限制、仪器分辨能力的局限。B类不确定度分量的主要来源：测量原理和方法、仪器与设备、实验条件。一般消除的途径是校准仪器、改进实验装备或实验方法，或对测量结果进行理论上的修正。在实验中需要仔细考虑与研究测量原理和方法的推演过程中的每一步骤；检验或核准每一件仪器与设备；分析每个实验条件，注意每一步调整和测量的细节，以便从中发现B类不确定度分量。一般情况下，该类不确定度分量不能由多次重复测量来发现，多次测量的方法对消除B类分量无济于事。所谓“消除”B类不确定度分量，其实不过只是将其影响减小到A类不确定度分量之下而己。1实验方法的制定六、设计性实验的步骤实验方法确定后，应选择一种最佳测量方法。当对某一物理量有几种测量方法供选择时，应选择不确定度最小的那种方法。在物理实验中，常用的基本测量方法有比较法、补偿法、置换法等。选择合适的测量方法对提高实验结果的准确度非常重要。测量方法的精确度分析，常采用分项误差分析综合法，就是对所涉及的测量方法、试验器具的各个方面可能产生的误差及各种影响因素及它们造成的分项误差值加以逐项分析，然后选择出其中的主要项目，经过分析，按照误差的不同类型的规律综合成测量的不确定度。它能反映出各个原始误差的来源及其对测量的影响程度，以及它们在测量不确定度中所占比例。2最佳测量方法的选择六、设计性实验的步骤1）不确定度均分原理